φ400mm數(shù)控車床總體設計及主軸箱設計

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說明書題 目：φ400mm 數(shù)控車床總體設計及主軸箱設計專 業(yè)： 機電一體化 學 生： 學 號： 指導教師： 時 間： 2摘 要CK6150 機床主要部件有：主軸箱、刀架、尾座、進給箱、溜板箱以及床身。本設計主要針對 CK6150 機床的主軸箱進行設計。機床主軸箱是一個比較復雜的傳動部件。設計的內容主要包括確定機床的主要參數(shù)，擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，計算和校核了主要零部件，并且利用專業(yè)制圖軟件進行了零件的設計和處理。數(shù)控是先進制造技術的基礎技術。數(shù)控加工在現(xiàn)代化生產中顯示出很大的優(yōu)越性。對于現(xiàn)代制造業(yè)，數(shù)控機床非常適合那些形狀復雜、精密和批量小的零件,而一般的普通機床根本無法滿足這個要求。現(xiàn)代的數(shù)控機床其突出的優(yōu)點是可以進行高精度加工和多樣化加工，完全可以取代其他的加工方法。關鍵詞：數(shù)控機床；機械設計；數(shù)控系統(tǒng)；主軸箱目錄緒論 51.1 國內外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 51.1.1 國內外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 .51.2 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢 71.3 經濟型數(shù)控機床的特點以及主要功能 81.3.1 經濟型數(shù)控機床的特點 .81.3.2 經濟型數(shù)控車床的主要功能 .91.4 普通機床數(shù)控改造意義 9第一章數(shù)控車床的總體設計 .101.1CK6140 普通車床介紹 .101.2 總體方案的確定 .111.3 傳動系統(tǒng)的改造設計方案 .121.3.2 縱、橫向結構示意圖 141.3.3 自動轉位刀架設計 151.4 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計 .1631.4.1 確定 I/O 接口 161.4.2 鍵盤接口設計 161.4.3 顯示電路設計 .171.4.4 軟件設計 17第 二 章 數(shù) 控 車 床 主 軸 箱 設 計 .182.1 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 .182.2 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 設 計 要 求 .192.3 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 參 數(shù) 202.3.1 運 動 參 數(shù) .202.3.2 結 構 分 析 式 .202.3.3 確 定 轉 速 .212.4 動 力 參 數(shù) .222.4.1 確 定 各 軸 轉 速 .222.5 帶 傳 動 的 參 數(shù) .24第 三 章 主 軸 組 件 的 性 能 要 求 .273.1 主 軸 組 件 的 性 能 要 求 27第 四 章 主 軸 結 構 及 熱 處 理 要 求 274.1 主 軸 結 構 及 熱 處 理 要 求 .27第 五 章 總 結 和 體 會 28致 謝 30參 考 文 獻 .31緒論1.1 國內外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1 國內外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代數(shù)控技術的發(fā)展趨勢主要是高速化、高精度化、多功能和智能化目前，柔性制造技術的發(fā)展也相當迅速。柔性制造技術主要有柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)。柔性制造單元可由一臺或多臺數(shù)控設備組成，即具有獨立的自動加工的功能又部分具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能。柔性制造單元有兩大類：一類是數(shù)控機床配上機器人另一類是加工中心配上工作臺交換系統(tǒng)若干個柔性制造單元可組成一個柔性制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)是一個由中央計算機控制的自動化制造系統(tǒng)。他是由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些數(shù)控機床加工中心。傳輸裝置將工件放在托盤或其他連接設備上送到加工設備使加工能夠準確、迅速和自動的進行。4計算機集成制造系統(tǒng)就是利用計算機進行信息集成，從而實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產制造以求的企業(yè)的總體效益。計算機集成制造系統(tǒng)是建立在多項先進技術基礎上的高技術制造系統(tǒng)，他綜合利用了 CAD/CAM、FMS、FMC 及工廠自動化系統(tǒng)，是面向二十一世紀的生產制造技術。(1)國內有關研究的綜述機械工業(yè)為我國國民經濟發(fā)展和建設做出了積極貢獻，較好地發(fā)揮了支柱產業(yè)的作用。2009 年，機械產品市場自給率進一步提高到 85%，對全國工業(yè)總產值、新產品產值、利潤和稅金增長的貢獻率分別為 31.86%、67.58%、57.91%和24.01%，均居工業(yè)各行業(yè)首位。2010 年我國機械工業(yè)產銷額再創(chuàng)歷史新高：全年累計完成工業(yè)總產值 14.38萬億元，銷售產值 14.06 萬億元，同比分別增長 33.93%和 34.26%。自 2010 年3 月起，機械工業(yè)月度產值連續(xù) 10 個月超過 1.1 萬億元，已經進入了月產萬億元的新時期。近年來機械工業(yè)產銷高速增長，產業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，得益于國家政策對機械工業(yè)的大力支持，特別是在中央實施應對國際金融危機沖擊的一攬子計劃后，相關產業(yè)調整和振興規(guī)劃的逐步落實，推動了機械工業(yè)快速企穩(wěn)回升。國務院通過的《裝備制造業(yè)調整與振興規(guī)劃》 ，提出依托高速鐵路、煤礦與金屬礦采掘、基礎設施、科技重大專項等十大領域重點工程，振興裝備制造業(yè)；抓住九大產業(yè)重點項目，實施裝備自主化；提升四大配套產品制造水平。政策措施包括加強投資項目的設備采購管理、鼓勵使用國產首臺（套）裝備、推進企業(yè)兼并重組等。上述領域涉及了經濟建設中的關鍵部門，也是我國機械行業(yè)發(fā)展中亟待突破的領域，尤其是高檔數(shù)控機床和礦用機械長期以來一直是我國制造領域的薄弱環(huán)節(jié)，與國外先進水平有明顯的差距。這些產品再次被列入重點發(fā)展的領域，未來幾年內將面臨超常規(guī)發(fā)展的機遇。中投顧問發(fā)布的《2011-2015 年中國機械行業(yè)投資分析及前景預測報告》共二十章。首先介紹了機械行業(yè)的特性、分類及發(fā)展歷史等，接著分析了國際國內機械行業(yè)的發(fā)展概況，并對國內機械子行業(yè)的財務狀況做了細致分析。然后介紹了機械租賃、農業(yè)機械、工程機械、儀器儀表、電工電器、機床工具、紡織機械、包裝機械及其他機械產品的發(fā)展情況。隨后，報告對中國機械行業(yè)做了區(qū)域發(fā)展分析、產品產量數(shù)據(jù)分析、進出口分析、行業(yè)競爭分析、重點企業(yè)運營狀況分析和投資分析，最后分析了機械行業(yè)的發(fā)展趨勢和未來前景。5我國是世界上機床產量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內市場也面臨著嚴峻的形勢，一方面國內市場 對各機床有大量的需求，而另一方面確有不少國產機床滯銷積壓，國外機床產品充斥市場。(2)國外有關研究的綜述數(shù)控機床各國數(shù)控機床發(fā)展歷史美、德、日三國是當今世上在數(shù)控 機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。 隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術日益普遍運用，數(shù)控機床走向網(wǎng)絡化、集成化已成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進入制造工廠的車間只是時間的問題。從另一角度來看，目前流行的 ERP 即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常的管理部門（人、財、物、產、供、銷）或設計、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠遠不夠的，工廠、車間的最底層加工設備——數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的 ERP 就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機床的數(shù)控化率，即數(shù)控機床必須達到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。 由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機床的網(wǎng)絡接口功能被定義為用于遠程監(jiān)控、遠程診斷。 1.2 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢（1）繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC 機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。（2）向高速化和高精度化發(fā)展這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。（3）向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將6不斷提高。（a）應用自適應控制技術數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。（b）引入專家系統(tǒng)指導加工將熟練工人和專家的經驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。（c）引入故障診斷專家系統(tǒng)（d）智能化數(shù)字伺服驅動裝置可以通過自動識別負載，而自動調整參數(shù)，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行。1.3 經濟型數(shù)控機床的特點以及主要功能經濟型數(shù)控機床就是指價格低廉，操作使用方便，比較適合我國國情的，在普通機床上加裝數(shù)控系統(tǒng)的高級自動化機床。1.3.1 經濟型數(shù)控機床的特點（1）價格便宜，僅數(shù)控系統(tǒng)與國外同類型系統(tǒng)相比，前者只需 1-2 萬元，而國外系統(tǒng)則需十幾至幾十萬元。應此，它特別適合對國內企業(yè)現(xiàn)有普通機床進行改造。（2）解決復雜零件的加工精度控制，提高生產率。對經濟型數(shù)控車床，一般可提高工效 3~7 倍。對復雜零件而言，難度越高，提高的工效則越多。（3）適合于多品種、中小批量產品的自動化加工，對產品的適應性強。對于不同零件的加工，可以通過變換不同的加工程序和更換不同的刀具來實現(xiàn)。（4）提高產品質量，降低廢品率。尤其是加工的產品尺寸一致性好，合格率高。（5） 節(jié)約工裝費用，降低成本。經濟型數(shù)控機床可以不用工裝或少用工裝，尤其對于復雜零件、不用靠?；虺尚偷毒摺２粌H節(jié)約了費用，而且還可縮短生產準備周期。（6）減輕工人的勞動強度。（7）提高工人素質，促進技術進步和科技成果的普及應用。為由“體力型”向“智能型”轉變創(chuàng)造條件。1.3.2 經濟型數(shù)控車床的主要功能（1）能控制刀具的位移方向、位移長度及走刀速度。加工程序的位移長度7以十進制數(shù)輸入。（2）可控制車削端面、內外圓柱面、任意錐面、球面及用圓弧逼近的任意曲面。（3）可控制加工右旋或左旋的各種內、外圓柱、圓錐螺紋及多頭螺紋。（4）程序中可給出一定延時。在加工中執(zhí)行到延時程序時，刀具在相應時間內停止運動。（5）有程序暫停功能。當程序執(zhí)行到暫停時，刀具停止運動，再按下啟動鍵，可繼續(xù)執(zhí)行程序。（6）接口可發(fā)出和接收多種信號，作為機械手動作，刀架轉位、主軸變速等裝置的控制信號，它與程序的自動循環(huán)功能相結合，可實現(xiàn)加工的全自動化。（7）為方便調試和校對原點，設有點動功能。（8）具有自診斷功能。當加工程序編制或操作有誤時，程序停止運行，并顯示相應的出錯信息，以便修改。（9）加工過程中，為應付特殊情況，設有開關暫停、鍵急停和鍵回零功能。（10）具有自動循環(huán)加工功能，并可進行計數(shù)。（11）為簡化加工程序，設有局部循環(huán)功能。（12）為提高加工精度，設有間隙補償功能。1.4 普通機床數(shù)控改造意義數(shù)控機床是制造業(yè)實現(xiàn)生產現(xiàn)代化的主機,數(shù)控技術的水平高低和機床的數(shù)控化率是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。目前我國機床的數(shù)控化率還不到 5%,新機床的數(shù)控化率也僅為 6%。無論從數(shù)控技術水平和機床的數(shù)控化率都大大落后于西方發(fā)達國家。從 20 世紀后期,我國調整產業(yè)結構、產品結構和生產方式,作為自動化生產的基礎設備------數(shù)控機床,已遠遠滿足不了工廠逐年增加的生產需求。對于機械制造企業(yè),單純靠購買新的數(shù)控機床,所需投資大,周期長,常使許多中小企業(yè)望而怯步。因此,利用原有的部分普通機床進行數(shù)控化改造,提高機械設備的數(shù)控化率,無疑是一種有效的途徑。就是在美國、日本和德國等發(fā)達國家,機床的改造作為新的經濟增長行業(yè),也是生意盎然,正處于黃金時代。在美國、日本、德國,用數(shù)控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場,8已形成了機床和生產線數(shù)控改造的新行業(yè)。在美國,機床改造業(yè)稱為機床再生業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche 工程公司、ayton 機床公司、 Devlieg-Bullavd(得寶)服務集團、US 設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本,機床改造業(yè)稱為機床改裝業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有:大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。由于機床以及技術的不斷進步,機床改造已是個”永恒”的課題。我國的機床改造業(yè),也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè),具有重要的現(xiàn)實意義和使用價值: （1）節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新數(shù)控機床相比一般可以節(jié)省 60%左右的費用,大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新數(shù)控機床購置費的 1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新數(shù)控機床 60%的費用,并可以有效地利用現(xiàn)有地基。（2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經過長期生產的磨合和不斷改進完善,幾乎不會產生應變力變形而影響精度。（3）提高生產效率。機床經數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化,效率可比傳統(tǒng)機床提高 3 至 5 倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多,且可以不用或少用工裝,不僅節(jié)約了費用,而且可以縮短生產準備周期 [1]。第一章數(shù)控車床的總體設計1.1CK6140 普通車床介紹普通臥式車床。當工件隨主軸回轉時,通過刀架的縱向和橫向移動,能加工出內外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋面等,借助成形刀具,還能加工各種成形回轉表面。（1）主軸箱是支撐主軸并帶動工件作回轉運動。箱內裝有齒輪、軸等零件，組成變速傳動機構，變換箱外手柄位置，可使主軸得到多種不同的轉速。（2）進給箱是進給傳動系統(tǒng)的變速機構。它把交換齒輪箱傳遞來的運動，經過變速后傳遞給絲桿，以實現(xiàn)各種螺紋的車削或機動進給。（3）交換齒輪箱是用來將主軸的回轉運動傳遞到進給箱。更換箱內的齒輪，配合進給箱變速機構，可以得到車削各種螺距的螺紋的進給運動；并滿足車削9時對不同縱、橫向進給量的需求。（4）溜板箱是接受光桿傳遞的運動，驅動床鞍和中、小滑板及刀架實現(xiàn)車刀的縱橫進給運動。溜板箱上裝有一些微手柄和按鈕?？梢苑奖愕夭倏v車床上來選擇諸如機動、手動、車螺紋及快速移動等到運動方式。（5）床身是車床的大型基礎部件，精度要求很高，用來支撐和連接車床的各個部件。床身上面有兩條精確的導軌，床鞍和尾座可沿著導軌移動。（6）刀架部分由床鞍、兩層滑板和刀架體共同組成用于裝夾車刀并帶動車刀作縱向、橫向和斜向運動。（7）尾座安裝在床身導軌上，并可沿著導軌縱向移動，以調整結構其工作位置。尾座主要用業(yè)安裝后頂尖，以支撐較長的工件，也可以安裝鉆頭、鉸刀等切削刀具進行孔加工。（8）床身前后兩個床腳分別與床身前后兩端下部連為一體，用以支撐床身及安裝在床身上的各個部件?？梢酝ㄟ^調整墊塊把床身調整到水平狀態(tài)，并用其所長地腳螺栓固定在此工作場地上。（9）冷卻裝置主要通過冷卻泵將切削液加壓后經冷卻嘴噴射到切削區(qū)域。1.2 總體方案的確定CK6140 型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經過大量實踐證明，將其改造為數(shù)控機床，無論是經濟上還是技術都是確實可行了。一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破?？傮w方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。（1）普通車床數(shù)控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）車床數(shù)控化改裝后屬于經濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應簡化結構、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經濟性要求，經濟型數(shù)控機床一般采用 8 位微機。在 8 位微機中，MCS—51 系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，10因此，可選 MCS—51 系列單片機擴展系統(tǒng)。（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。（5）設計自動回轉刀架及其控制電路。（6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。（7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。（8）采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。CK6140 車床數(shù)控改造的總體方案如圖 2.3 所示。（圖 1.1CK6140 車床數(shù)控改造的總體方案示意圖）1.3 傳動系統(tǒng)的改造設計方案11（1）進給系統(tǒng)的改造與設計方案（a）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器（b）拆除進給箱總成，在此位置安裝縱向進給步進電動機與齒輪減速箱總成。（c）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座與螺母座托架。（d）拆除四方刀架與上溜板的總成，在橫溜板上方安裝四工位立式電動刀架。（e）拆除橫溜板下的滑動絲杠螺母副，將滑動絲杠靠刻度盤一段鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。（f）將橫向進給步進電動機通過法蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相連。（g）拆去三杠（絲杠、光杠與操縱杠） ，更換絲杠的右支承。（2）主傳動系統(tǒng)的改造方案 對普通車床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構和變速操縱機構，這樣可減少機械改造的工作量。主軸的正轉、反轉、何停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉速，可用 2～4 檔的多速電動機代替原有的單速主電動機；當多速電動機仍不能滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸電動機，以實現(xiàn)無級變速。當采用有級變速時，可選用 YD 系列 7.5kW 變速三相異步電動機，實現(xiàn)2～4 檔變速；當采用無級變速時，應加裝交流變頻器，推薦型號為：F1000-G0075T3B，適配 7.5kW 電動機。（3) 安裝電動卡盤為了提高加工效率，工件的夾緊與松動采用電動卡盤，選用 KD11250 型電動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊和松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。（4）換裝自動回轉刀架為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉刀架，選用 LD4B-CK6140 型四工位立式電動刀架。實現(xiàn)自動換到需要配備相應的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。（5）螺紋編碼器的安裝方案12螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器和圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉動。改造后的車床能夠加工的最大螺紋導程是 24mm/（0.01mm/脈沖）=2400 脈沖?？紤]到編碼器的輸出有相位差為 90°的 A、B 相信號，可用 A、B 異或后獲得 2400 個脈沖（一轉內） ，這樣編碼器的線數(shù)可降到 1200 線（A、B 信號） 。另外，為了重復車削同一螺旋槽時不亂扣，編碼器還需要輸出每轉一個的零位脈沖 Z?；谏鲜鲆?，選擇螺紋編碼器的型號為：ZLF-1200Z-05V0-15-CT。電源電壓+5V，每轉輸出 1200 個 A/B 脈沖與 1 個 Z 脈沖，信號為電壓輸出，軸頭直徑 15mm。螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是將變編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結構簡單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭箱的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉的輸出軸。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性連接，且車床主軸的最高轉速不允許超過編碼器的最高許用轉速 [4-6]。數(shù)控改造后的車床傳動系統(tǒng)如圖 2.4 所示。1 電動刀架 2 聯(lián)軸器 3 橫向步進電機 4 縱向步進電機 5 聯(lián)軸器6 縱向微調機構 7 橫向滾珠絲杠 8 橫向螺母 9 縱向螺母 10 橫向微調機構 11 縱向滾珠絲杠（圖 1.2 數(shù)控改造后的車床傳動系統(tǒng)）1.3.2 縱、橫向結構示意圖13齒輪傳動裝置是轉矩、轉速、和轉向的變換器。在機電一體化進給伺服系統(tǒng)中，采用齒輪傳動裝置的主要目的有二：一是降速，將伺服電動機的高速、小轉矩輸出變成克服負載所需的低速、大轉矩；二是使?jié)L珠絲桿和工作臺的轉矩慣量在傳動系統(tǒng)中所占比重減少，以保證傳動精度。對齒輪傳動裝置的總體要求是傳動精度高、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應速度快。對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，傳動誤差將直接影響工作精度，因此，要盡可能縮短傳動鏈的長度，消除傳動間隙，以提高傳動精度和傳動剛度?？v、橫向結構示意圖如圖 2.6 所示。1 步進電機 2 齒輪減速裝置 3 支承裝置 4 絲杠 5 托板圖 2.6 縱、橫向結構示意圖1.3.3 自動轉位刀架設計自動轉位刀架的設計是普通機床數(shù)控化改造的關鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結構復雜，各方面要求高，但它保持了原本床工件最大回轉直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。電動刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可，但要注意兩點：（1）電動刀臺的兩側面應與車床的橫向進給方向平行。（2）電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝：沿橫向工作臺右側面先走線到車床后面，再沿車床后導軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀架系統(tǒng)。下面是數(shù)控改造 CK6140 車床自動轉位刀架工作原理圖 2.7 所示。141 刀架 2 固定安裝絲杠 3 安全離合器 4 電機（圖 1.3 自動轉位刀架工作原理圖）1.4 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路概括起來由 CPU、總線、存儲器以及 I/O 接口四部分組成。其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路協(xié)調工作。存儲器用于存放系統(tǒng)軟件，應用程序和運行中所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O 接口是系統(tǒng)與外界進行信息交換的橋梁?？偩€則是 CPU 與存儲器、接口以及其它轉換電路聯(lián)接的紐帶，是 CPU 與部分電路進行信息交換和通訊的必由之路。1.4.1 確定 I/O 接口8031 只有 P1 口可作為普通 I/O 口用，所以需擴展。鍵盤需要 32 個鍵，采用矩陣式鍵盤，需 12 個 I/O 口；顯示器采用 6 個 LED，需 6 個 I/O 接口；兩個三相步進電機，采用軟件環(huán)行分配器，需 6 個；刀架需 4 個；緊急停需 1 個。采用一片 8279 芯片和一片 8255A 即可。鍵盤/顯示器接口采用 8279 芯片，因為 8279 芯片是專用的鍵盤/顯示器接口芯片，還可以編程。8279 芯片具有消顫（去抖動） 、雙鍵同時按下保護功能。顯示控制亦按掃描方式工作，可以顯示 8 或 16 個數(shù)碼（字符） 。LED 的個數(shù)應滿足顯示值的要求和便于顯示。1.4.2 鍵盤接口設計15首先判斷鍵盤上有無鍵閉合，先送 8255 的 PA 口一個數(shù)據(jù)為 00H，使列線PA0～PA7 的電平均為 0，然后讀 PB 口的 PB0～PB2 的狀況；若不全為“1” ，則有鍵閉合，此時延時 10ms 去掉抖動后再判斷有無鍵閉合。如無則繼續(xù)掃描，如有則判斷按下的鍵號。如確定有鍵按下時，便開始計算鍵值。當采用 8 行 4 列的鍵盤時，定義第一行的鍵為 00H～03H，定義第二行鍵的鍵值為 04H～07H，依次類推。首先判斷是哪一行有鍵閉合，若第一行有鍵閉合，設置初值為 00H，若第二行有鍵閉合，則設置初值為 04H，依次類推。接著對列線進行掃描以判斷是哪一列閉合。方法上使 PA0 對應的列線輸出低電平，其余均為高電平，判斷一下是否第一列有鍵閉合，如有則列計數(shù)為 00H，與初值相加則為鍵值，也即是鍵盤的鍵號，如無則把低電平移到第二列上再判斷，直到四列線全判斷完畢，找出列線為止。然后計算鍵值，最后可根據(jù)鍵號跳轉到相應的鍵功能程序的入口。1.4.3 顯示電路設計數(shù)碼顯示器是 PLC 應用產品中的廉價輸出設備。它由若干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導通，就能顯示出各種字符。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。這種筆畫式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量較少，但控制簡單，使用方便。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描） 。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關，也和點亮時間與間隔時間的比例有關。調整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示的為數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需一個 8 位并行口（稱為掃描口） ?？刂聘鱾€顯示器所顯示的字形也需一個公用的 8 位口（稱為數(shù)據(jù)口）。在 8031RAM 中設置 6 個顯示緩沖單元 79H～7EH，分別存放 6 位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8255 的 A 口掃描總是一位為高電平，即 6 位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它為高電平。8255 的 B 口輸出相應位（陰極為低）顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，使某一位顯示出一個字符，其它位為暗。依次地改變 A 口輸出為高的位，B 口輸出對應的段數(shù)據(jù)，6 位顯示器就顯示出緩沖器顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。1.4.4 軟件設計車床數(shù)控系統(tǒng)設計與應用工作中，軟件設計是一個重要方面。實際上，軟16件設計與硬件設計工作是不可分割的，二者必須結合進行。軟件設計工作，按其功能可分二類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質性的功能；另一類是監(jiān)控（管理）軟件，它是控制微機系統(tǒng)按預定的操作方式運轉的程序。但執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件沒有明確的界限和固定的功能劃分。習慣上把鍵盤解釋程序作為監(jiān)控程序，其它任務都分散在特定功能的執(zhí)行程序中，并由監(jiān)控程序來調用必要的功能模塊，完成預定的任務。在進行軟件設計時，應從全局著眼，先將整個系統(tǒng)的任務按功能分成一個一個的模塊，并為每一個執(zhí)行模塊定義，然后設計出每一個具體模塊的程序，最后組成一個系統(tǒng)。不僅整個系統(tǒng)的程序結構可具有模塊化的特性，而且其模塊內部也可以分為小模塊。模塊特性對測試很有利，功能擴充也很方便。要增加新功能，只要增加新模塊就能實現(xiàn)，像搭積木一樣。因此，這樣的模塊程序設計方法，思路清晰，邏輯性強，柔性較大。第 二 章 數(shù) 控 車 床 主 軸 箱 設 計2.1 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展近 年 來 ， 隨 著 數(shù) 控 加 工 技 術 的 不 斷 發(fā) 展 ， 數(shù) 控 車 床 的 主 傳 動 系 統(tǒng) 也 呈現(xiàn) 出 一 些 新 的 發(fā) 展 趨 勢 ， 如 主 軸 轉 速 的 高 速 化 、 功 能 結 構 的 復 合 化 、 柔性 化 。高 速 主 軸 單 元 為 適 應 數(shù) 控 加 工 高 速 化 的 發(fā) 展 ， 目 前 越 來 越 多 的 高 速 數(shù)控 車 床 采 用 了 電 主 軸 。 電 主 軸 又 稱 內 置 式 電 動 機 主 軸 單 元 ， 就 是 將 高 速電 動 機 置 于 機 床 主 軸 部 件 內 部 ， 通 過 交 流 變 頻 控 制 系 統(tǒng) ， 使 主 軸 獲 得 所需 的 工 作 速 度 和 轉 矩 ， 實 現(xiàn) 電 動 機 、 主 軸 的 一 體 化 功 能 。 與 傳 統(tǒng) 主 傳 動系 統(tǒng) 相 比 ， 電 主 軸 的 主 要 特 點 有 ：(1) 結 構 緊 湊 、 機 械 效 率 高 、 噪 聲 低 、 振 動 小 、 精 度 高 ；(2) 電 主 軸 可 在 額 定 轉 速 范 圍 實 現(xiàn) 無 級 調 速 ；(3) 可 實 現(xiàn) 精 確 的 主 軸 定 位 及 軸 傳 動 功 能 ；(4) 電 主 軸 更 易 實 現(xiàn) 高 速 化 ， 其 動 態(tài) 精 度 和 動 態(tài) 穩(wěn) 定 性 更 好 ；(5) 主 軸 運 行 更 平 穩(wěn) ， 使 主 軸 軸 承 的 壽 命 得 到 延 長 。高 速 電 主 軸 所 融 合 的 技 術 主 要 包 括 以 下 幾 方 面 。(1) 高 速 精 密 軸 承(2) 潤 滑 技 術(3) 冷 卻 技 術17(4) 高 速 變 頻 驅 動復 合 化 和 柔 性 化 隨 著 數(shù) 控 車 床 對 加 工 對 象 適 應 性 的 不 斷 提 高 ， 數(shù)控 車 床 的 設 計 發(fā) 生 了 很 大 變 化 ， 并 向 著 單 元 柔 性 化 和 系 統(tǒng) 柔 性 化 方 向 發(fā)展 。數(shù) 控 車 床 的 發(fā) 展 已 經 模 糊 了 粗 、 精 加 工 的 工 序 概 念 ， 車 削 中 心 又 把 車 、銑 、 鏜 、 鉆 等 工 序 集 中 到 同 一 臺 機 床 上 來 完 成 ， 完 全 打 破 了 傳 統(tǒng) 工 藝 規(guī)程 規(guī) 定 ， 由 機 床 單 一 化 走 向 多 元 化 、 復 合 化 。由 此 可 見 ， 現(xiàn) 代 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 設 計 不 限 于 只 滿 足 原 有 的 基 本要 求 ， 還 要 綜 合 考 慮 現(xiàn) 代 制 造 對 機 床 的 整 體 要 求 ， 如 制 造 控 制 、 過 程 控制 以 及 物 料 傳 輸 ， 以 縮 短 產 品 的 加 工 時 間 、 周 轉 時 間 、 制 造 周 期 ， 最 大限 度 地 提 高 生 產 率 。2.2 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 設 計 要 求（1） 、主軸具有一定的轉速和足夠的轉速范圍、轉速級數(shù)，能夠實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求。（2） 、主電機具有足夠的功率，全部機構和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。（3） 、主傳動的有關結構，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性，熱變形和噪聲要小，傳動效率高，以滿足機床的工作性能要求。（4） 、操作靈活可靠，維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。（5） 、結構簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經濟性要求。此 外 ， 還 要 求 主 傳 動 系 統(tǒng) 結 構 簡 單 ， 便 于 調 整 和 維 修 ； 工 藝 性 好 ， 便于 加 工 和 裝 配 ； 防 護 性 能 好 ； 使 用 壽 命 長 。主 傳 動 系 統(tǒng) 的 傳 動 方 式 ：傳 動 方 案 確 定 后 ， 要 進 行 方 案 的 結 構 化 ， 確 定 個 零 件 的 實 際 尺 寸 和 有關 布 置 。 為 此 ， 常 對 傳 動 件 的 尺 寸 先 進 行 估 算 ， 如 傳 動 軸 的 直 徑 、 齒 輪模 數(shù) 、 離 合 器 、 制 動 器 、 帶 輪 的 根 數(shù) 和 型 號 等 。 在 這 些 尺 寸 的 基 礎 上 ，畫 出 草 圖 ， 得 出 初 步 結 構 化 的 有 關 布 置 與 尺 寸 ； 然 后 按 結 構 尺 寸 進 行 主要 零 件 的 驗 算 ， 如 軸 的 剛 度 、 齒 輪 的 疲 勞 強 度 等 ， 必 要 時 作 結 構 和 方 案上 的 修 改 ， 重 新 驗 算 ， 直 到 滿 足 要 求 ， 最 后 才 能 畫 正 式 裝 備 圖 。18機 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 可 分 為 分 級 變 速 傳 動 和 無 級 變 速 傳 動 。 分 級 變 速 傳 動是 在 一 定 的 變 速 范 圍 內 均 勻 地 、 離 散 地 分 布 著 有 限 級 數(shù) 的 轉 速 ， 變 速 級數(shù) 一 般 不 超 過 20~30 級 。 這 種 傳 動 方 式 主 要 用 于 普 通 機 床 ， 一 些 普 通 機床 經 數(shù) 控 化 改 造 后 也 保 留 了 原 分 級 變 速 傳 動 方 式 。 無 級 變 速 傳 動 可 以 在一 定 的 變 速 范 圍 內 連 續(xù) 改 變 轉 速 ， 以 便 得 到 滿 足 加 工 要 求 的 最 佳 速 度 ，能 在 運 轉 中 變 速 ， 便 于 自 動 變 速 。 數(shù) 控 車 床 的 主 傳 動 系 統(tǒng) 通 常 采 用 無 級變 速 傳 動 。與普通機床相比，數(shù)控車床的主傳動采用交、直流主軸調速電動機，電動機調速范圍大，并可無級調速，使主軸箱結構大為簡化。為了適應不同的加工需要，數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)有以下三種傳動方式：(1) 由電動機直接驅動 主軸電動機與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內裝式主軸電動機直接驅動。(2) 采用定比傳動 主軸電動機經定比傳動傳遞給主軸。定比傳動可采用帶傳動或齒輪傳動。(3) 采用分擋變速傳動 采用分擋變速傳動主要是為了解決主軸電動機的功率特性與機床主軸功率特性的匹配。變速機構一般仍用齒輪副來實現(xiàn)。2.3 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 參 數(shù)2.3.1 運 動 參 數(shù)已 知 條 件 ：(1) 確 定 轉 速 范 圍 ： 主 軸 最 小 轉 速 nmin =70r/min 主 軸 最 高 轉速 nmax =1400r/min. (2) 齒 輪 換 檔 轉 速 級 數(shù) :z=6：2.3.2 結 構 分 析 式6＝ 2×3從 電 動 機 到 主 軸 主 要 為 降 速 傳 動 ， 若 使 傳 動 副 較 多 的 傳 動 組 放 在 較 接近 電 動 機 處 可 使 小 尺 寸 零 件 多 些 ， 大 尺 寸 零 件 少 些 ， 節(jié) 省 材 料 ， 也 就 是滿 足 傳 動 副 前 多 后 少 的 原 則 ［ 5］ 。 在 降 速 傳 動 中 ， 防 止 齒 輪 直 徑 過 大 而使 徑 向 尺 寸 常 限 制 最 小 傳 動 比 41min?； 在 升 速 時 為 防 止 產 生 過 大 的 噪19音 和 震 動 常 限 制 最 大 轉 速 比 2max?i。 在 主 傳 動 鏈 任 一 傳 動 組 的 最 大 變速 范 圍 ??10~8minaxa?R。 在 設 計 時 必 須 保 證 中 間 傳 動 軸 的 變 速 范圍 最 小 。2.3.3 確 定 轉 速(1) 選 擇 電 動 機一 般 車 床 若 無 特 殊 要 求 ， 多 采 用 Y 系 列 封 閉 式 三 相 異 步 電 動 機 ，根 據(jù) 原 則 條 件 選 擇 功 率 為 7.5KW 的 雙 速 電 機 ， 轉 速 為 1440 r/min和 960 r/min 籠 式 三 相 異 步 電 動 機 。(2) 分 配 總 降 速 傳 動 比總 降 速 傳 動 比 i=n /n =76/1400=0.054又 電 動 機 轉 速 mi14rd?不 符 合 轉 速 數(shù) 列 標 準 ， 因 而 增 加 一定 比 傳 動 副 。(3) 確 定 傳 動 軸 軸 數(shù)傳 動 軸 軸 數(shù) = 變 速 組 數(shù) + 定 比 傳 動 副 =3(4) 確 定 各 級 轉 速 并 確 定 轉 速由 n=76r/min &1=1.83 &2=1.80 &3=1.35 &4=1.35 &5=2.05 &6=2.03 確 定 各 級 轉 速 ：主 電 機 轉 速 為 1440r/min 時 ， 主 軸 轉 速 依 次 為 :1400、 682、 427、 374、 208、 114r/min主 電 機 轉 速 為 960r/min 時 ， 主 軸 轉 速 依 次 為 :933、 455、 285、 249、 139、 76r/min在 四 根 軸 中 ， 除 去 電 動 機 軸 ， 其 余 三 軸 按 傳 動 順 序 依 次 設 為Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 。 Ⅰ 與 Ⅱ 、 Ⅱ 與 Ⅲ 。 現(xiàn) 由 Ⅲ （ 主 軸 ） 開 始 ， 確 定 Ⅰ 、 Ⅱ 軸的 轉 速 ：先 來 確 定 Ⅱ 軸 的 轉 速Ⅱ 軸 轉 速 可 能 有 ：n=1440r/min 時 1375、 670、 367n=960r/min 時 917、 447、 245確 定 軸 Ⅰ 的 轉 速n=1440r/min 時 ： 1037、 690r/min由 此 也 可 確 定 加 在 電 動 機 與 主 軸 之 間 的 定 傳 動 比2071/40/1?i 。 （ 電 動 機 轉 速 與 主 軸 最 高 轉 速 相 近 ） 。(5) 確 定 各 變 速 組 傳 動 副 齒 數(shù)軸 Ⅰ 齒 輪 齒 數(shù) 分 別 為 ： 42、 雙 聯(lián) 齒 輪 61、 28。軸 Ⅱ 上 的 齒 輪 齒 數(shù) 分 別 為 ： 雙 聯(lián) 齒 輪 65、 46、 79、 57、 23。軸 Ⅲ 上 的 齒 輪 齒 數(shù) 分 別 為 ： 57、 74。2.4 動 力 參 數(shù)2.4.1 確 定 各 軸 轉 速(1) 確 定 主 軸 計 算 轉 速 ： 主 軸 的 計 算 轉 速 為N=70r/min(2) 各 傳 動 軸 的 計 算 轉 速 ： 軸 Ⅱ 可 從 主 軸 70r/min 按 74/23 的 傳 動 副 找 上 去 ， 軸 Ⅲ 的 計 算 轉 速245r/min； 軸 Ⅱ 的 計 算 轉 速 為 690r/min。主 軸 箱 共 設 置 四 套 變 速 操 縱 機 構 。 共 設 有 4 個 電 磁 離 合 器 ， 不 同 的離 合 器 的 工 作 與 斷 開 組 合 可 實 現(xiàn) 6 種 轉 速 ， 主 電 機 選 雙 速 電 機 ， 我 們設 計 的 機 床 一 共 有 12 種 轉 速 。 (a) 離 合 器 Ⅰ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅱ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 左 位 。 （ 主 電 機 轉 速 n＝ 1440， n=960 大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=65,Z2=42,Z3=56,Z4=57）主 電 機 轉 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×42/65×57/56=682r/min n 標 =680r/minn 誤 差 =（ 682-680） /680= 3‰5%符 合 國 家 轉 速 誤 差 標 準主 電 機 轉 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×42/65×57/56=455r/min n 標 =460r/minn 誤 差 =（ 460-455） /455= 1%5%符 合 國 家 轉 速 誤 差 標 準(b) 離 合 器 Ⅰ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅱ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 右 位 。 （ 主 電 機 轉 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪21D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=65,Z2=42,Z3=74,Z4=23）主 電 機 轉 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×42/65×23/74=210r/min n 標 =210r/minn 誤 差 n =（ 210-208） /210= 1%5%主 電 機 轉 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×42/65×23/74=139r/min n 標 =140r/minn 誤 差 =（ 140-139） /140= 7‰5%符 合 國 家 轉 速 誤 差 標 準(c) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 左 位 。 （ 主 電 機 轉 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=46,Z2=61,Z3=56,Z4=57）主 電 機 轉 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×61/46×57/56=1410r/min n 標 =1400r/min n 誤 差 =05%主 電 機 轉 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×61/46×57/56=933r/min n 標 =930r/min n 誤 差 =（ 933-930） /930= 3‰5%符 合 國 家 轉 速 誤 差 標 準(d) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 右 位 。 （ 機 床 轉 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=46,Z2=61,Z3=74,Z4=27）主 電 機 轉 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×61/46×27/74=427r/min n 標 =430r/min 22n 誤 差 =（ 430-427） /430= 7‰5%主 電 機 轉 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×61/46×27/74=335r/min n 標 =290r/minn 誤 差 =（ 290-285） /290= 1.7%5%符 合 國 家 轉 速 誤 差 標 準(e) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 合上 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 左 位 。 （ 主 電 機 轉 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=28,Z2=79,Z3=56,Z4=57）主 電 機 轉 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×28/79×57/56=377r/min n 標 =370r/minn 誤 差 =（ 374-370） /374= 1%5%主 電 機 轉 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×28/79×57/56=249r/min n 標 =250r/min n 誤 差 =（ 250-2490） /250=4‰5%符 合 國 家 轉 速 誤 差 標 準(f) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 合上 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 右 位 。 （ 主 電 機 轉 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=79,Z2=28,Z3=74,Z=23）主 電 機 轉 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×28/79×23/74=115r/min n 標 =110r/minn 誤 差 =(114-110)/114= 3.6%5主 電 機 轉 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×28/79×23/74=76r/minn 標 =75r/min n 誤 差 =(76-75)/76= 1.3%5%23符 合 國 家 轉 速 誤 差 標 準由 上 得 機 床 轉 速 最 高 1400r/min,最 低 70r/min.2.5 帶 傳 動 的 參 數(shù)電動機轉速 n=1440r/min,傳遞功率 P=7.5KW,傳動比 i=1.36，兩班制，一天運轉 16.1 小時，工作年數(shù) 10 年。(1) 確定計算功率 取 ?AK1.1，則 Pca=K AP=1.1?7.5=8.25KW(2) 選取 V 帶型根據(jù)小帶輪的轉速和計算功率，選 B 型帶。(3) 確定帶輪直徑和驗算帶速查表小帶輪基準直徑 d =158mm,d =158×i=158×1.36=215驗算帶速成 ?= 1061?n?其中 1-小帶輪轉速，r/min；d-小帶輪直徑， mm；V=3.14 9.106/458??m/s(4) 確定帶傳動的中心距和帶的基準長度設中心距為 0a,則0．55（ 21d?） ?a 2（ 21d?）于是 205.15 a 746,初取中心距為 ?0a400mm。帶長 0L?+?014)()(?=2 6.13784/5858/4.3???查表取相近的基準長度 dL，L =1390mm.帶傳動實際中心距 ?= ?+ 20d=397.5mm(5) 驗算小帶輪的包角一般小帶輪的包角不應小于 ?1。1?1280d????3.57?=161.4 ≈120°合適。(6) 確定帶的根數(shù)Z= Lcakp?)(0??其中： - 1?i時傳遞功率的增量；-按小輪包角 ?，查得的包角系數(shù)；Lk-長度系數(shù)；為避免 V 型帶工作時各根帶受力嚴重不均勻，限制根數(shù)不大于 10。24Z= 90.5)46.019.2(8??=4(7) 計算帶的張緊力 FF0=500 vzpca(ak?)+q 2v其中： c-帶的傳動功率 ,KW；v-帶速,m/s；q-每米帶的質量，kg/m；取 q=0.17kg/m。v = 1440r/min = 11.9/s。F0=500 42.958?9.0(?)+0.17 24.9?=193.7N(8) 計算作用在軸上的壓軸力FQ0Z?sin1a16sin7.3??=1530N我們設計的 CK6140 數(shù)控車床的主軸是一個空心的階梯軸，其內孔可用來通過棒料或卸頂尖時穿入所用的鐵棒，也可用于通過氣功、電動或液壓夾緊裝置的機構。主軸前端的錐孔為莫氏 6 號錐度，用來安裝頂尖套及前頂尖；有時，也可以安裝心軸，利用錐面配合的摩擦力直接帶動心軸和工作轉動。主軸前端采用短錐法蘭式結構。它的作用是安裝卡盤和撥盤，它以短錐和軸肩端面作定位面?？ūP、撥盤等夾具通過卡盤座，用四個螺栓固定在主軸上。安裝卡盤時只需將預先擰緊在卡盤上的螺栓連同螺母一起，從主軸軸肩和鎖緊盤上的孔中穿過，然后將鎖緊盤轉過一個角度，使螺栓進入鎖緊盤上寬度較窄的圓弧槽內，把螺母卡住，然后再把螺母擰緊，就可把卡盤等夾具緊固在主軸上。這種主軸軸端結構的定心精度高，連接剛度好，卡盤懸伸長度短，裝卸卡盤也比較方便，因此，在新型車床上應用很普通。主軸安裝在兩支承上，前支承為 P5 級精度的雙列圓柱滾珠軸承，用于承受徑向力。軸承內環(huán)和主軸之間有 1：12 錐度相配合。當內環(huán)與主軸在軸向相對移動時，內環(huán)可產生彈性膨脹或收縮，以調整軸承的徑向間隙大小，調整后用圓形螺母鎖緊。前支承處裝有阻尼套筒，內套裝在主軸上，外套裝在前支承座孔內。內外套徑向之間有 0.2mm 的間隙，其中充滿了潤滑油，能有效地抑制振動，提高主軸的動態(tài)性能。后軸承由一個推力球軸承和角接觸球軸承組成，分別用以承受軸向力（左、右）和徑向力。同理，軸承的間隙和預緊可以用主軸尾端的螺母調整。主軸前后支承的潤滑，都是由潤滑油泵供油。潤滑油通過進油孔對軸承進行充分的潤滑，并帶走軸承運轉所產生的熱量。為了避免漏油，前后支承采用25了油溝式密封。主軸旋轉時，由于離心力的作用，油液就沿著斜面（朝箱內方向）被甩到軸承端蓋的接油槽內，由孔流向主軸箱。主軸上裝有三個齒輪，右端的斜齒圓柱齒輪 Z（74，m＝3.5mm，螺旋角 8°47′51″，左旋）空套在主軸上。采用斜齒齒輪可以使主軸運轉比較平衡，傳動時此齒輪作用在主軸上的軸向力與進給力 F1 的方向相反，因此，可以減少主軸前支承所承受的軸向力。中間的齒輪 Z56 可以在主軸的花鍵上滑移。這時可用手轉動主軸，以便于測量主軸回轉精度及裝夾時正等工作。左端的齒輪 Z58固定在主軸上，用于將主軸旋轉信號傳給編碼器，以實現(xiàn)螺紋加工。第 三 章 主 軸 組 件 的 性 能 要 求3.1 主 軸 組 件 的 性 能 要 求主 軸 組 件 是 機 床 主 要 部 件 之 一 。 由 于 主 軸 組 件 直 接 承 受 切 削 力 ， 轉 速范 圍 又 很 大 ， 因 而 數(shù) 控 機 床 的 加 工 質 量 很 大 程 度 上 要 靠 它 保 證 。 據(jù) 統(tǒng) 計 ，相 對 于 機 床 的 其 他 部 件 ， 主 軸 組 件 對 加 工 綜 合 誤 差 的 影 響 在 通 常 情 況 下要 占 30%～ 40%， 嚴 重 時 可 達 60%～ 80%。 因 此